生物现代生物科技 第37讲 细胞工程（选修3）.ppt

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1、生物课标版第37讲细胞工程考点一植物细胞工程考点一植物细胞工程教材研读教材研读一、细胞工程的概念与理论基础1.细胞工程(1)操作水平:细胞水平或细胞器水平。(2)目的:按照人的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品。2.植物细胞的全能性(1)概念:具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞,都具有发育成完整生物体的潜能。(2)原理:细胞内含有本物种的全套遗传信息。(3)全能性表达条件:具有完整的细胞结构,处于离体状态,提供一定的营养、激素和其他适宜外界条件。二、植物组织培养技术1.理论基础:植物细胞的全能性。2.操作流程:(1)离体的器官、组织或细胞常称为外植体。(2)a过程为脱分化,b过程为再

2、分化,A表示愈伤组织,B表示丛芽或胚状体。三、植物体细胞杂交1.概念:将不同种的植物体细胞,在一定条件下融合成杂种细胞,并把杂种细胞培育成新的植物体的技术。2.原理:体细胞杂交利用了细胞膜的流动性,杂种细胞培育成杂种植株利用了植物细胞的全能性。3.过程植物细胞A、B原生质体A、B融合的原生质体杂种细胞愈伤组织胚状体或丛芽杂种植株4.意义:克服不同种生物远缘杂交的不亲和性。四、植物细胞工程的应用1.植物繁殖的新途径(连线)2.作物新品种的培育考点二动物细胞工程考点二动物细胞工程一、动物细胞培养1.地位:动物细胞工程常用的技术手段有动物细胞培养、动物细胞核移植、动物细胞融合等。其中动物细胞培养是其

3、他动物细胞工程技术的基础。2.过程3.培养条件(1)无菌、无毒环境(2)营养:除糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素之外通常还需 加 入血清、血浆等一些天然成分。(3)适宜的温度:36.50.5;适宜的pH:7.27.4。(4)气体环境二、动物体细胞克隆技术(核移植技术)1.原理:动物细胞核具有全能性。2.核移植分类:胚胎细胞核移植和体细胞核移植。3.核移植过程(以克隆高产奶牛为例)4.选用去核卵(母)细胞的原因:卵(母)细胞比较大,容易操作;卵(母)细胞细胞质多,营养丰富,含有促进核全能性表达的物质。5.体细胞核移植技术存在的问题:克隆动物存在着健康问题、表现出遗传和生理缺陷等。三、生物

4、技术中的伦理问题1.克隆人(1)分类a.生殖性克隆是指以繁殖个体为目的,即用于产生人类个体。b.治疗性克隆是指利用核移植技术获得克隆人胚胎,然后从胚胎中提取干细胞进行医学研究,是利用克隆技术产生特定细胞和组织(皮肤、神经或肌肉等)用于治疗性移植。(2)中国政府态度:禁止生殖性克隆,不反对治疗性克隆。2.试管婴儿与设计试管婴儿(1)试管婴儿:运用体外受精和胚胎移植技术繁殖个体,目的是解决不孕夫妇的生育问题。(2)设计试管婴儿:体外受精获得的胚胎在移植前进行遗传学诊断,以便筛选出符合特定要求的胚胎。考点三细胞融合与单克隆抗体考点三细胞融合与单克隆抗体一、动物细胞融合1.概念:指两个或多个动物细胞结

5、合形成一个细胞的过程,也称细胞杂交。2.原理:细胞膜具有一定的流动性。3.结果:形成杂交细胞。4.诱导因素:(1)物理因素:离心、振动、电激。(2)化学因素:聚乙二醇(PEG)诱导。(3)生物因素:灭活病毒诱导。5.过程6.意义:突破了有性杂交的局限,使远缘杂交成为可能。7.应用(1)研究细胞遗传、细胞免疫、肿瘤和培育生物新品种。(2)制备单克隆抗体。二、单克隆抗体1.传统抗体的获得(1)方法(2)缺点:产量低、纯度低、特异性差。2.单克隆抗体的制备(1)(2)解决思路:将B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合为杂交瘤细胞。(3)过程(4)杂交瘤细胞的特点:既能迅速大量繁殖,又能产生专一抗体。3.单克隆抗

6、体的特点:特异性强,灵敏度高,并可大量制备。4.单克隆抗体的应用(1)作为诊断试剂,具有准确、高效、简易、快速的优点。(2)用于治疗疾病和运载药物(生物导弹)。1.判断有关植物细胞工程说法的正误。(1)在愈伤组织培养中加入细胞融合的诱导剂,可获得染色体加倍的细胞。()(2)在诱导离体菊花茎段形成幼苗的过程中,不会发生细胞的增殖和分化。()(3)培养草莓脱毒苗所采用的主要技术是细胞杂交。()(4)棉花根尖细胞经诱导形成幼苗能体现细胞全能性。()(5)植物的每个细胞在植物体内和体外都能表现出细胞的全能性。()(6)愈伤组织是外植体经脱分化和再分化后形成的。()(7)利用物理法或化学法,可以直接将两

7、个植物细胞进行诱导融合。()(8)再生出细胞壁是植物体细胞原生质体融合成功的标志。()2.判断有关动物细胞工程说法的正误。(1)(2014北京理综,5C)在25的实验条件下可顺利完成大鼠神经细胞的 培 养。()(2)(2014浙江理综,3A)连续细胞系的细胞大多具有二倍体核型。()(3)动物细胞培养和植物组织培养过程中都要用到胰蛋白酶。()(4)动物细胞培养可用于检测有毒物质,茎尖培养可用于植物脱除病毒。()(5)肝细胞培养过程中通常在培养液中通入5%的CO2刺激细胞呼吸。()(6)体细胞杂交技术可用于克隆动物和制备单克隆抗体。()(7)动物细胞培养技术可用于转基因动物的培育。()(8)培养保

8、留接触抑制的细胞在培养瓶壁上可形成多层细胞。()(9)克隆培养法培养过程中多数细胞的基因型会发生改变。()(10)二倍体细胞的传代培养次数通常是无限的。()(11)动物细胞核移植的受体细胞必须是卵细胞。()(12)克隆动物的性状与供体动物完全相同。()突破一植物细胞工程操作与应用突破一植物细胞工程操作与应用1.细胞全能性(1)原理:细胞内含有本物种全部的遗传信息。(2)体内细胞全能性不表达的原因:基因在特定的时间和空间条件下选择性表达。(3)细胞全能性表达的条件:具完整细胞结构,离体,无菌,一定的营养、激素和其他适宜的外界条件。(4)细胞全能性大小与细胞分化程度成反比。考点突破考点突破(5)全

9、能性大小:植物细胞:受精卵生殖细胞体细胞动物细胞:受精卵生殖细胞体细胞核(动物细胞全能性受限制,但细胞核具有全能性)2.植物激素在植物组织培养中的作用生长素/细胞分裂素的比值作用效果比值高时利于根分化、抑制芽形成比值低时利于芽分化、抑制根形成比值适中促进愈伤组织形成3.植物体细胞杂交后的遗传物质分析(1)遗传特性:杂种植株中含有两种植物的遗传物质,故杂种植株具备两种植物的遗传特性。(2)染色体组数染色体组数=两种植物体细胞内染色体组数之和。植物体细胞杂交形成的杂种植株,有几个染色体组就称为几倍体。若一植物细胞含有2x条染色体,2个染色体组,基因型为Aabb,另一植物细胞含有2y条染色体,2个染

10、色体组,基因型为ccDd,则新植株应为异源四倍体,其体细胞中染色体为(2x+2y)条,4个染色体组,基因型为Aab-bccDd。4.植物组织培养与植物体细胞杂交的比较知能拓展知能拓展(1)植物体细胞杂交获得的杂种细胞的类型有三种(以上图为例):AA型、BB型、AB型,符合要求的只有AB型,需要进行筛选。(2)由于植物分生区附近(如茎尖)的病毒极少,所以常采用茎尖组织培养技术获得脱毒苗。(3)愈伤组织处于不断的分生状态,容易受到射线、化学物质等的影响而产生突变。考向一依托实例分析考向一依托实例分析,考查植物组织培养技术考查植物组织培养技术1.(2017江西上高二中第二次周练,19)蓝莓中富含的花

11、青素能有效地改善视力,下面为科学家利用植物组织培养的方法,大量培养蓝莓具体流程的文字图解。请回答下列问题:蓝莓组织愈伤组织长出丛芽生根移栽成活(1)用于离体培养的蓝莓组织叫做,该技术的原理是。(2)配制MS培养基时,应加入一定量的琼脂、蔗糖、无机盐、维生素、有机物等营养物质,蔗糖除作为碳源外,还具有的功能。常用的培养基有脱分化培养基、生根培养基和生芽培养基,这三种培养基的主要差异是。(3)图中蓝莓组织要经过消毒处理后才能进行培养。其过程中,细胞的分化程度会(选填“升高”、“降低”或“不变”)。(4)愈伤组织经过过程重新分化成根或丛芽的过程叫。(5)蓝莓花青素在60以下的热稳定性较好,将含花青素

12、的粗品经真空干燥(可使水的沸点降低40)制成成品。采用该方法的主要原因是。答案答案(1)外植体(植物)细胞具全能性(2)提供能量和维持渗透压生长素和细胞分裂素的用量及比例不同(3)降低(4)再分化(5)避免(干燥时温度过高导致)花青素分解解析解析(1)植物组织培养的原理是植物细胞具有全能性,用于离体培养的组织叫做外植体。(2)配制MS培养基时,应加入一定量的琼脂、蔗糖、无机盐、维生素、有机物等营养物质,蔗糖除作为碳源外,还具有提供能量和维持渗透压的功能。常用的培养基有脱分化培养基、生根培养基和生芽培养基,这三种培养基的主要差异是生长素和细胞分裂素的用量及比例不同。(3)图中过程是脱分化形成愈伤

13、组织的过程,高度分化的细胞恢复分裂能力,则分化程度降低。(4)图中过程是愈伤组织经过再分化形成丛芽或根的过程。(5)含花青素的粗品经真空干燥(可使水的沸点降至40)制成成品,采用该方法的主要原因是避免(干燥时温度过高导致)花青素分解。考向二借助实例考向二借助实例,考查植物体细胞杂交技术考查植物体细胞杂交技术2.(2017陕西西安长安一中第一次检测,43)下图是植物体细胞杂交过程示意图,请据图回答:(1)植物体细胞杂交的第步是去掉细胞壁,分离出有活力的原生质体。目前此步骤最常用的方法是酶解法,也就是在温和的条件下用等分解植物的细胞壁。(2)过程的发生,必须进行人工诱导。人工诱导原生质体融合常用的

14、化学方法是用试剂作为诱导剂诱导融合。动物细胞融合还常用到作为诱导剂。(3)与过程密切相关的具有单层膜结构的细胞器为。(4)过程称为,过程称为。若利用此技术生产治疗癌症的抗癌药物紫杉醇,培养将进行到(填字母编号)即可。(5)植物体细胞杂交在育种工作中具有广泛的应用价值,其突出的优点是可以。答案答案(1)纤维素酶、果胶酶(2)聚乙二醇灭活的病毒(3)高尔基体(4)脱分化再分化e(5)克服远缘杂交不亲和的障碍解析解析(1)植物体细胞杂交的第步是用纤维素酶和果胶酶去掉细胞壁,分离出有活力的原生质体。(2)人工诱导原生质体融合常用的化学方法是用聚乙二醇试剂作为诱导剂诱导融合。动物细胞融合还常用到灭活的病

15、毒作为诱导剂。(3)过程是杂种细胞生出细胞壁,高尔基体与植物细胞壁形成有关。(4)过程分别为脱分化和再分化,治疗癌症的抗癌药物紫杉醇是从紫杉细胞中提取的,只需将植物组织培养进行到愈伤组织阶段即可。(5)植物体细胞杂交在育种工作中具有广泛的应用价值,其突出的优点是可以克服远缘杂交不亲和障碍,大大扩展可用于杂交的亲本组合范围。突破二动物细胞工程突破二动物细胞工程1.动物细胞培养与动物体细胞核移植2.单克隆抗体的制备(1)血清抗体与单克隆抗体(2)制备单克隆抗体过程中的两次筛选名称产生特点血清抗体由浆细胞分泌一般从血清中分离,产量低、纯度低、特异性差单克隆抗体由杂交瘤细胞分泌特异性强,灵敏度高,能大

16、量制备项目第一次筛选第二次筛选筛选原因诱导融合后得到多种杂交细胞,另外还有未融合的细胞由于小鼠在生活中还受到其他抗原的刺激,所以经选择性培养获得的杂交瘤细胞中有能产生其他抗体的细胞筛选方法用特定的选择培养基筛选:未融合的细胞和同种细胞融合后形成的细胞都会死亡,只有融合的杂交瘤细胞才能生长用多孔培养皿培养,在每个孔只有一个杂交瘤细胞的情况下开始克隆化培养和抗体检测,经多次筛选得到能产生特异性抗体的细胞群筛选目的得到杂交瘤细胞得到能分泌所需抗体的杂交瘤细胞名师点拨名师点拨(1)杂交瘤细胞的特点:既能迅速大量繁殖,又能产生专一抗体。(2)进行动物细胞的诱导融合,形成的杂种细胞有三种:AA型、BB型、

17、AB型。只有AB型才是我们所需要的杂种细胞,所以需要用选择性培养基进行筛选。(3)获取单克隆抗体的场所若在培养基中进行杂交瘤细胞培养,则从培养液中提取。若在小鼠或其他动物腹腔中培养,则从腹水中提取。考向一依托实例分析考向一依托实例分析,考查动物细胞培养考查动物细胞培养1.(2016宁夏银川一中第一次月考,12)某研究小组进行药物试验时,以动物肝细胞为材料,测定药物对体外培养细胞的毒性。供培养的细胞有甲、乙两种,甲细胞为肝肿瘤细胞,乙细胞为正常肝细胞。请回答下列有关动物细胞培养的问题:(1)将数量相等的甲细胞和乙细胞分别置于培养瓶中培养,培养液及其他培养条件均相同。一段时间后,观察到甲细胞数量比

18、乙细胞数量。(2)细胞培养应在含5%CO2的恒温培养箱中进行,CO2的作用是。(3)在两种细胞生长过程中,当乙细胞铺满瓶壁时,其生长。药物试验需要大量细胞,两种细胞频繁传代,甲细胞比乙细胞可以传代的次数更。若用动物的肝脏组织块制备肝细胞悬液,需用消化处理。(4)已知癌细胞X过量表达与肝肿瘤的发生密切相关,要试验一种抗肿瘤药物Y对甲细胞生长的影响,可将甲细胞分为A、B两组,A组细胞培养液中加入,B组细胞培养液中加入无菌生理盐水,经培养后,从A、B两组收集等量细胞,通过分别检测X基因在A、B两组细胞中的或合成水平的差异,确定Y的药效。答案答案(1)多(2)维持培养液pH(3)停止多胰蛋白酶(4)Y

19、mRNA蛋白质解析解析(1)甲细胞为肝肿瘤细胞,乙细胞为正常肝细胞。肿瘤细胞为无限增殖的细胞,细胞周期较短。在相同条件下,将数量相等的甲细胞和乙细胞培养相同的时间,甲细胞的数量多于乙细胞的。(2)细胞培养应在含5%CO2的恒温培养箱中进行,CO2的作用是维持培养液pH。(3)甲细胞为肿瘤细胞,能无限增殖,传代的次数要比乙细胞多,乙细胞(正常肝细胞)在培养瓶中贴壁生长,当铺满瓶壁时,生长停止。若用动物的肝脏组织块制备肝细胞悬液,需用胰蛋白酶消化处理。(4)设计加入抗肿瘤药物Y的实验组,不加抗肿瘤药物Y的对照组,通过检测X基因转录形成mRNA的量、翻译形成蛋白质的量来确定Y的药效。考向二借助图形分

20、析考向二借助图形分析,考查单克隆抗体的制备过程考查单克隆抗体的制备过程2.(2017宁夏平罗中学第一次月考,35)类风湿性关节炎(RA)是一种自身免疫病,致残性强。研究表明,该病的病理与肿瘤坏死因子-(TNF-)密切相关,而一种人鼠嵌合的抗TNF-单克隆抗体能有效治疗RA。如图为该单克隆抗体制备过程示意图。(1)单克隆抗体的制备涉及细胞工程中的、技术。(2)图中的抗原A是,HAT培养基的作用是。将B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合后的杂交细胞具有的特点是。(3)医疗上,把单克隆抗体与化学药物或细胞毒素相结合制成“”,借助抗体的定向作用将药物带到病变细胞并将其杀死。(4)克隆动物是指用方法得到的动物。(

21、5)单克隆抗体的特点是、。答案答案(1)动物细胞融合(或杂交瘤)动物细胞培养(2)肿瘤坏死因子-(或TNF-)筛选出杂交瘤细胞既能大量增殖,又能产生特异性抗体(3)生物导弹(4)(动物体细胞)核移植(5)特异性强灵敏度高并可能大量制备解析解析(1)单克隆抗体制备涉及动物细胞培养和动物细胞融合技术。(2)图中刺激产生抗TNF-单克隆抗体的抗原是肿瘤坏死因子-(TNF-)。HAT培养基的作用是筛选出杂交瘤细胞。杂交瘤细胞既能无限增殖,又能产生特异性抗体。(3)医疗上,把单克隆抗体与化学药物或细胞毒素相结合制成“生物导弹”,借助抗体的定向作用将药物带到病变细胞并将其杀死。(4)克隆动物是指用核移植方

22、法得到的动物。(5)单克隆抗体的特点是:特异性强、灵敏度高,并可能大量制备。考向三联系实例考向三联系实例,考查核移植技术考查核移植技术3.(2016课标全国,40,15分)如图表示通过核移植等技术获得某种克隆哺乳动物(二倍体)的流程。回答下列问题:(1)图中A表示正常细胞核,染色体数为2n,则其性染色体的组成可为。过程表示去除细胞核,该过程一般要在卵母细胞培养至适当时期再进行,去核时常采用的方法。代表的过程是。(2)经过多次传代后,供体细胞中的稳定性会降低。因此,选材时必须关注传代次数。(3)若获得的克隆动物与供体动物性状不完全相同,从遗传物质的角度分析其原因是。(4)与克隆羊“多莉(利)”培

23、育成功一样,其他克隆动物的成功获得也证明了。答案答案(15分)(1)XX或XY显微操作胚胎移植(2)遗传物质(3)卵母细胞的细胞质中的遗传物质会对克隆动物的性状产生影响(4)动物已分化体细胞的细胞核具有全能性解析解析(1)因供体的性别不确定,故其细胞核内的性染色体组成为XX或XY;一般将卵母细胞培养到M中期,用显微操作法将其细胞核去除;代表的过程是胚胎移植。(2)传代培养10代以内的细胞可以保持正常的二倍体核型,超过10代以后,供体细胞中遗传物质的稳定性会降低。(3)克隆动物细胞质中的遗传物质来自卵母细胞的细胞质,卵母细胞细胞质中的遗传物质对克隆动物的性状会产生影响。(4)克隆动物的成功可以证明动物已分化的体细胞的细胞核具有全能性。